一種製備直徑大於1500mm錠子的電渣重熔方法。與中、小型鋼錠電渣重熔相對照，它具有自身的特點。以大型鋼錠製作的火電和核電設備的轉子運行時速度很高，將承受很大的工作應力，並要求保證長期運行可靠；核電站的壓力容器還要承受會導致鋼材脆化的中子輻射。因此，對大型鍛件的質量有嚴格的要求。優質的大型鋼錠必須含雜質元素少；氣體和夾雜物含量低；化學成分均勻，即偏析要小。然而，實際上鋼錠愈大，達到上述要求愈困難。
基本介紹
- 中文名：大錠電渣重熔
- 外文名：electroslag remelting oflarge size ingot
- 學科：冶金工程
- 優點：鋼的質量好
- 類型：電渣重熔
- 缺點：金屬利用率很低
原理,工藝特點,缺點,優點,發展狀況,
原理
電渣重熔渣池溫度高（1650～1750℃），鋼渣充分接觸（達300m/t），由於電磁效應渣池強烈攪拌，鋼一渣界面強烈振動，反應動力學條件良好。電渣重熔去除夾雜物的過程是爐渣對鋼中夾雜物的吸附和溶解。爐渣吸附鋼中夾雜物的熱力學條件是自由能的變化△F<0。△F=（σ渣-夾+σ金-渣-σ金-夾）S金-夾，S金-夾為金屬與夾雜接觸面積。
由於夾雜物熔點高，夾雜與鋼液界面張力σ金-夾值很大，而爐渣與夾雜界面張力σ渣-夾≈0，而金屬與爐渣潤濕較好，界面張力σ金-渣值不大，σ渣-金+σ金-渣-σ金-夾<0，所以上述反應為自發過程。電渣重熔錠上端有金屬熔池及渣池，起發熱冒口作用，鑄錠凝固收縮及時得到補充，不存在一般鑄錠常見的疏鬆、縮孔等缺陷，因此金屬緻密。電渣軋材密度比電爐鋼軋材大0.33%～1.37%。
工藝特點
大型鋼錠電渣重熔的基本原理與中、小型鋼錠電渣重熔是一樣的，但由於大型鋼錠電渣重熔電流達數萬安培，感抗造成網路電壓降很大，另外熔煉時間長，一支鋼錠熔煉時間可長達數十小時至上百小時，熔渣成分變化很大。由於電渣重熔最大缺點是熔煉過程不能去氫，氫對大型鋼錠的危害更大，基於上述問題，大型鋼錠電渣重熔需要採取一些特殊工藝措施。其中主要有：
（1）為了減少大電流造成的網路電壓降損失，採用的供電方法有3種：第一種是低頻（0～10Hz）供電，因為該方法需要大的整流和逆變設備，致使造價昂貴，維護複雜；德國薩爾鋼廠的165t電渣爐就是這種供電形式。第二種方法是同軸供電，雖可以直接用50Hz或60Hz三相工頻供電，但導電的滑動部分的材料和精度要求相當高，造價很貴，維護和操作複雜；美國康薩克公司製造的電渣爐多屬於此種形式。第三種方法是採用單相雙極串聯或三相雙極串聯電路工頻直接供電，該法設備和技術均較簡單。易於操作，造價低廉，功率因數可達0.95左右；中國上海重型機器廠的200t級電渣爐就是採用這種供電形式。
（2）大型電渣重熔必須採用多電極重熔並且重熔過程中要多次輪換電極才能完成生產一支大型鋼錠的任務。
（3）大型鋼錠多為合金結構鋼，對氫的敏感性很強，大錠電渣重熔除了自耗電極的鋼水要進行真空脫氣處理和熔渣要進行精煉外，為了防止氫氣對電渣鋼造成危害，一般在重熔過程中通入結晶器上方的是經過乾燥的空氣，而不是含有水分的大氣，故需附加空氣乾燥設備。此外，採取熱水啟動技術。
（4）經過長達數十小時或上百小時的熔煉，大氣中的氧就要進入鋼液，與易氧化的合金元素結合進入渣中，例如[Si]+2[O]=（SiO2）；熔渣也不斷分解和揮發，例如（CaF）+H2O=（CaO）+2HF↑。致使原來配置的渣系無法保持穩定，從而破壞重熔工藝的穩定和精煉效果。因此合理的過程脫氧制度及最大限度地降低空氣中的水分是保證熔渣物理化學性質穩定的重要措施。
缺點
各國大型鍛件報廢的原因主要要三：（1）白點和發紋；（2）大型夾雜；（3）材料的不均勻性。它們都與鋼錠的冶金質量有著密切的關係。鋼水是一種由多元素組成的溶液，而這些元素在液態和固態中的溶解度不同，鋼錠凝固時便發生選擇結晶現象，形成鋼錠內部成分不均勻（偏析），鋼錠愈大，凝固時間愈長，鋼錠的成分偏析愈嚴重；出鋼和澆注過程中耐火材料被侵蝕，給鋼錠帶來夾雜物；鋼水在鋼錠模內凝固和收縮，會形成孔洞和疏鬆，鋼錠噸位越大這些缺陷越嚴重，為了得到合格的鍛件，大型鋼錠在成坯過程往往要被切除占總重40%～50%的頭尾部分，金屬利用率很低。
優點
60年代中期，世界上出現了各種獲得優質大型鋼錠的工藝方法，電渣重熔就是其中質量最可靠的一種。電渣重熔大型鋼錠有以下特點：
（1）鋼的質量好，在電渣作用下可以去除鋼中大型非金屬夾雜物，極好地脫硫（能使硫脫至0.0030%～0.0010%）、脫氧（氧可達0.0025%以下），鋼的純潔度高，塑性和韌性比其他冶煉方法都好；鋼液在水冷結晶器內凝固，冷卻速度快，選擇結晶不可能充分發展，因而鋼錠成分偏析小，而且鋼的結晶是由下而上逐次地進行，組織均勻，沒有疏鬆和縮孔。因此，鍛件縱橫向機械性能差別比普通模鑄鋼錠鍛件小得多。
（2）鋼錠的利用率高，可達85%～90%，這樣，鍛造同樣重的鍛件，所需電渣鋼錠比一般模鑄鋼錠的質量可小1/3左右。例如電渣鋼錠100t，普通鋼錠需120t；電渣鋼錠240t，則普通鋼錠就要350t才能得到同樣大的鍛件。鍛件噸位越大，電渣鋼錠比普通鋼錠的利用率優勢越大。
（3）電渣爐設備簡單，投資比大型電弧爐省，在中國，特別是對於重型機器製造廠，可以採用小型電弧爐加電渣重熔方法，以小煉大，生產優質的特大型鍛造鋼錠。
發展狀況
60年代後期，大型電渣爐在世界各先進工業國家裡很快發展起來，中國1964年在上海重型機器廠建成生產直徑2100mm、重100t鋼錠的三相電渣爐；同期前蘇聯在新克拉馬托爾斯克重型機器廠建成能生產70t電渣錠的電渣爐；1971年聯邦德國薩爾鋼廠建成1台低頻供電的165t大型電渣爐，主要用於生產大型電站鍛件用的鋼錠，最大可生產130萬kW發電機的轉子鍛件；1975年聯邦德國蒂森鋼鐵公司建成1台生產70t鋼錠的電渣爐；1976年美國伯利恆鋼鐵公司建成1台75t電渣爐，因產品質量很好，後又增建了1台75t電渣爐；美國康薩克公司在70年代後期製造了兩台92t大型電渣爐，1台裝在美國國民鍛造公司，1台供給韓國；日本神戶鋼鐵公司高沙工廠1971年安裝了1台50t電渣爐；英國亨利維金公司安裝了1台鋼錠直徑1220mm的電渣爐；法國克魯索·蘆瓦爾工廠安裝了1台75t電渣爐；中國1980年在上海重型機器廠建成投產1台200t級電渣爐，可生產直徑2800mm、重240t的特大鋼錠，也是當今世界上最大的一台電渣爐。
